Exemplo: altura e peso
Pessoas mais altas tendem a ser mais pesadas?
Temos dados de \(80\) alunos e alunas, com alturas em cm e pesos em kg:
Correlação linear
Vamos subtrair, de cada peso, a média dos pesos; vamos subtrair, de cada altura, a média das alturas.
peso_altura <- peso_altura %>%
mutate(
altura_desvio = altura - mean(altura),
peso_desvio = peso - mean(peso)
)
O novo scatterplot tem a mesma forma. Só mudam as escalas:
peso_altura %>%
ggplot(aes(altura_desvio, peso_desvio)) +
geom_point() +
labs(
x = 'desvios altura (cm)',
y = 'desvios peso\n(kg)'
)

Quando o desvio da altura e o desvio do peso têm o mesmo sinal, os valores têm uma associação positiva: ou altura e peso estão ambos acima da média, ou ambos abaixo da média.
Colorindo os pontos de acordo com a associação:
peso_altura %>%
ggplot(aes(altura_desvio, peso_desvio)) +
geom_point(
data = . %>% filter(altura_desvio * peso_desvio >= 0),
color = 'blue'
) +
geom_point(
data = . %>% filter(altura_desvio * peso_desvio < 0),
color = 'red'
) +
geom_hline(aes(yintercept = 0), linetype = 'dashed') +
geom_vline(aes(xintercept = 0), linetype = 'dashed') +
labs(
x = 'desvios altura (cm)',
y = 'desvios peso\n(kg)'
)

Covariância
Examine o código acima: para verificar se os desvios têm o mesmo sinal, basta verificar se o produto dos desvios é positivo.
E mais: quanto maior o produto dos desvios, mais acima (ou mais abaixo) das respectivas médias os desvios estão, ao mesmo tempo. Ou seja, maior a associação entre as duas variáveis.
Estamos falando de
\[
\text{produto dos desvios}_i = (\text{altura}_i - E(\text{altura})) \cdot (\text{peso}_i - E(\text{peso}))
\]
Podemos calcular os produtos dos desvios e achar a média destes produtos. O resultado vai ser a covariância:
\[
\text{Cov}(\text{altura}, \text{peso}) =
\frac{
\sum\; [(\text{altura}_i - E(\text{altura})) \cdot (\text{peso}_i - E(\text{peso}))]
}{n}
\]
Ou, de forma mais compacta,
\[
\text{Cov}(\text{altura}, \text{peso}) =
E[(\text{altura} - E(\text{altura})) \cdot (\text{peso} - E(\text{peso}))]
\]
O R usa \(n - 1\) no denominador, em vez de \(n\). Isto significa que o R calcula a covariância amostral, que serve como um estimador da covariância populacional.
Calculando:
peso_altura %>%
mutate(produto = altura_desvio * peso_desvio) %>%
summarize(cov = sum(produto)/(nrow(.) - 1)) %>%
pull(cov)
## [1] 73,8935
Em R
cov(peso_altura$altura, peso_altura$peso)
## [1] 73,8935
Exercícios
Qual é a unidade da covariância? Examine as fórmulas acima para responder.
Execute o bloco abaixo com diversos valores de k, inclusive valores negativos.
k <- 10
X <- 1:5
Y <- k * X
tibble(X, Y) %>%
ggplot(aes(X, Y)) +
geom_point(size = 2) +
labs(
title = paste('cov(X, Y) =', cov(X, Y))
)

Qual a covariância máxima entre duas variáveis? E a mínima?
Usando as propriedades do valor esperado, mostre que, para quaisquer variáveis aleatórias \(X\) e \(Y\)
\[
\text{Cov}(X,Y) \quad=\quad E\big[(X - E(X)) \cdot (Y - E(Y))\big] \quad=\quad E(XY) - E(X)E(Y)
\]
Lembre-se de que a variância de uma variável aleatória \(X\) pode ser escrita como
\[
\text{Var}(X) = E(X^2) - [E(X)]^2
\]
Alguma semelhança entre esta expressão e a expressão do item anterior?
Qual a covariância de uma variável aleatória \(X\) com ela mesma?
O R usa \(n - 1\) no denominador da covariância. Mostre que definir a covariância como \[
\text{Cov}(X, Y) = \frac{1}{n - 1} \cdot \sum_{i = 1}^n \big[(x_i - E(X)) \cdot (y_i - E(Y)) \big]
\]
é equivalente a
\[
\text{Cov}(X, Y) = \frac{n}{n-1} \cdot \big[ E(XY) - E(X)E(Y) \big]
\]
Usando o data frame peso_altura, compute o valor da expressão acima e compare com o resultado de cov(peso_altura$altura, peso_altura$peso).
Coeficiente de correlação linear
Vamos padronizar as alturas e pesos (subtrair a média e dividir pelo desvio padrão):
peso_altura <- peso_altura %>%
mutate(
altura_padronizada = scale(altura),
peso_padronizado = scale(peso)
)
E construir o scatterplot:
peso_altura %>%
ggplot(aes(altura_padronizada, peso_padronizado)) +
geom_point(
data = . %>% filter(altura_padronizada * peso_padronizado >= 0),
color = 'blue'
) +
geom_point(
data = . %>% filter(altura_padronizada * peso_padronizado < 0),
color = 'red'
) +
geom_hline(aes(yintercept = 0), linetype = 'dashed') +
geom_vline(aes(xintercept = 0), linetype = 'dashed') +
labs(
x = 'altura padronizada',
y = 'peso\npadronizado'
)

Ou seja, agora as variáveis são
\[
Z_A = \frac{\text{altura} - E(\text{altura})}{DP(\text{altura})}
\]
e
\[
Z_P = \frac{\text{peso} - E(\text{peso})}{DP(\text{peso})}
\]
A covariância entre elas é
cov(peso_altura$peso_padronizado, peso_altura$altura_padronizada)
## [,1]
## [1,] 0,6440311
Quando padronizamos as duas variáveis, a covariância entre elas se chama correlação.
O coeficiente de correlação amostral é este valor.
\[
r = \frac{\sum x_i y_i}{n - 1}
\]
onde \(X\) e \(Y\) são variáveis padronizadas.
Alguns livros chamam o coeficiente de correlação de \(\rho\) em vez de \(r\).
O coeficiente de correlação sempre está entre \(-1\) e \(1\), inclusive.
Fórmulas alternativas para o coeficiente de correlação entre \(X\) e \(Y\) (não necessariamente padronizadas):
\[
r = \frac{\text{Cov}(X, Y)}{DP_X \cdot DP_Y}
\]
e
\[
r = \frac{
\sum(x_i - E(X))\cdot(y_i - E(Y))
}{
\sqrt{\sum(x_i - E(X))^2\cdot(y_i - E(Y))^2}
}
\]
Em R
cor(peso_altura$peso, peso_altura$altura)
## [1] 0,6440311
Exercícios
Qual a unidade do coeficiente de correlação?
Execute o bloco abaixo com diversos valores de k, inclusive valores negativos.
k <- 10
X <- 1:5
Y <- k * X
tibble(X, Y) %>%
ggplot(aes(X, Y)) +
geom_point(size = 2) +
labs(
title = paste('cor(X, Y) =', cor(X, Y))
)

Como você explica os valores de \(\text{cor}(X,Y)\) no item anterior, em comparação com os valores de \(\text{cov}(X,Y)\) nesse outro exercício?
Qual a correlação de uma variável aleatória \(X\) com ela mesma?
Usando o data frame peso_altura, compute o valor do coeficiente de correlação entre peso e altura usando as fórmulas alternativas.
Observações importantes
A correlação é linear

Se \(r > 0\), valores altos de uma variável tendem a corresponder a valores altos da outra variável.
Se \(r < 0\), valores altos de uma variável tendem a corresponder a valores baixos da outra variável.
Se \(r = 0\), não há correlação linear entre as variáveis.
O coeficiente de correlação \(r\) só mede a correlação linear entre duas variáveis.

Correlação \(\neq\) causação
Dados coletados em Oldenburg, na Alemanha, nos anos \(1930\), mostrando a correlação entre a quantidade de cegonhas e a população (de pessoas) na cidade:
df <- read_csv('data/Storks.csv') %>%
transmute(
cegonhas = Storks,
pessoas = Population
)
r <- cor(df$cegonhas, df$pessoas) %>% round(2)
df %>%
ggplot(aes(cegonhas, pessoas)) +
geom_point() +
labs(
title = paste('r =', r)
)

Variável oculta: quantidade de casas com chaminé.
Ou coincidência: http://tylervigen.com/spurious-correlations
Teste e intervalo de confiança para a correlação
Exemplo: PIB e CO\(_2\)
Em uma amostra de \(10\) países, examinamos o PIB (em trilhões de dólares) e a quantidade de emissões de CO\(_2\) (em milhões de toneladas):
Gráfico:
df %>%
ggplot(aes(PIB, emissões)) +
geom_point() +
scale_y_continuous(
'emissões\n(milhões de\ntoneladas)',
breaks = seq(0, 1200, 200),
limits = c(0, 1200)
) +
scale_x_continuous(
'PIB (trilhões US$)',
breaks = 0:6,
limits = c(0, 6)
)

O coeficiente de correlação amostral é
## [1] 0,9115924
Como esta é uma amostra, devemos calcular um intervalo de confiança para o coeficiente de correlação populacional.
O R faz isto com a função cor.test:
ct <- cor.test(df$PIB, df$emissões)
ct
##
## Pearson's product-moment correlation
##
## data: df$PIB and df$emissões
## t = 6,272, df = 8, p-value = 0,0002399
## alternative hypothesis: true correlation is not equal to 0
## 95 percent confidence interval:
## 0,6618340 0,9791965
## sample estimates:
## cor
## 0,9115924
Conclusão: com \(95\%\) de confiança, estimamos que o coeficiente de correlação populacional é capturado pelo intervalo
\[
[\quad 0{,}66 \quad ;\quad 0{,}98 \quad]
\]
Exercícios
Qual é o tipo de teste usado por cor.test?
Quais são as hipóteses do teste?
Como é calculado o valor da estatística do teste (\(6{,}27\) no exemplo acima)?
Como é calculado o valor \(p\) (\(0{,}00\) no exemplo acima)?
Implemente uma função em R para fazer o mesmo que cor.test.
---
title: 'Correlação entre duas variáveis'
subtitle: 'Probest'
author: 'fnaufel'
email: 'https://fnaufel.github.io/'
date: ' (v. `r format(Sys.Date(), "%d/%m/%Y")`)'
lang: 'pt'
output: rmdformat::fnaufel_rmd_format
---

```{r setup, include=FALSE}
library(knitr)

opts_chunk$set(
  echo = TRUE, 
  # collapse = TRUE,
  # cache = TRUE,
  out.width = "90%",
  fig.align = 'center',
  fig.width = 7,
  fig.show = "hold"
)

# Supress crayon output
options(crayon.enabled = FALSE)

options(
  # Avoid scientific notation
  scipen = 15,
  # Use a comma as decimal separator
  OutDec = ',',
  # Number of decimal digits for numbers produced by inline R code
  fmdigits = 2
)

# Useful libraries
library(glue)
library(patchwork)
library(latex2exp)
library(kableExtra)
options(knitr.kable.NA = '')

# For nice dataframe summaries
library(summarytools)
st_options(
  plain.ascii = FALSE,
  dfSummary.varnumbers = FALSE,
  dfSummary.style = 'grid',
  dfSummary.graph.magnif = .75
)

# Tidy!
library(tidyverse)

# Useful functions provided by the rmdformat package
# 
# Execute 
# 
#   cat(system.file("rmarkdown/resources/common.R", package = "rmdformat"))
# 
# to see the location of the file
source(
  system.file(
    "rmarkdown/resources/common.R",
    package = "rmdformat"
  )
)
```



# Exemplo: altura e peso

```{r echo=FALSE, message=FALSE, cache=TRUE}
peso_altura <- read_csv('data/Heights_and_Weights.csv') %>% 
  mutate(
    altura = Height * 2.54,
    peso = Weight * 0.45
  )
```

::: {.rmdbox}

Pessoas mais altas tendem a ser mais pesadas?

Temos dados de $`r nrow(peso_altura)`$ alunos e alunas, com alturas em cm e pesos em kg:

```{r echo=FALSE}
peso_altura %>% select(altura, peso)
```

:::

* O gráfico de dispersão (*scatterplot*) é o ideal para visualizar a correlação entre duas variáveis numéricas:

    ```{r}
    peso_altura %>% 
      ggplot(aes(altura, peso)) +
        geom_point() +
        labs(
          x = 'altura (cm)',
          y = 'peso\n(kg)'
        )
    ```


# Correlação linear

* Vamos subtrair, de cada peso, a média dos pesos; vamos subtrair, de cada altura, a média das alturas.

    ```{r}
    peso_altura <- peso_altura %>% 
      mutate(
        altura_desvio = altura - mean(altura),
        peso_desvio = peso - mean(peso)
      )
    ```

* O novo *scatterplot* tem a mesma forma. Só mudam as escalas:

    ```{r}
    peso_altura %>% 
      ggplot(aes(altura_desvio, peso_desvio)) +
        geom_point() +
        labs(
          x = 'desvios altura (cm)',
          y = 'desvios peso\n(kg)'
        )
    ```

* Quando o desvio da altura e o desvio do peso têm o [mesmo sinal]{.hl}, os valores têm uma [associação positiva]{.hl}: ou altura e peso estão ambos acima da média, ou ambos abaixo da média.

* Colorindo os pontos de acordo com a associação:

    ```{r}
    peso_altura %>% 
      ggplot(aes(altura_desvio, peso_desvio)) +
        geom_point(
          data = . %>% filter(altura_desvio * peso_desvio >= 0),
          color = 'blue'
        ) +
        geom_point(
          data = . %>% filter(altura_desvio * peso_desvio < 0),
          color = 'red'
        ) +
        geom_hline(aes(yintercept = 0), linetype = 'dashed') +
        geom_vline(aes(xintercept = 0), linetype = 'dashed') +
        labs(
          x = 'desvios altura (cm)',
          y = 'desvios peso\n(kg)'
        )
    ```

# Covariância

* Examine o código acima: para verificar se os desvios têm o mesmo sinal, basta verificar se o produto dos desvios é positivo.

* E mais: quanto maior o produto dos desvios, mais acima (ou mais abaixo) das respectivas médias os desvios estão, [ao mesmo tempo]{.hl}. Ou seja, maior a associação entre as duas variáveis.

* Estamos falando de

  $$
  \text{produto dos desvios}_i = (\text{altura}_i - E(\text{altura})) \cdot (\text{peso}_i - E(\text{peso}))
  $$

* Podemos calcular os produtos dos desvios e achar a média destes produtos. O resultado vai ser a [covariância:]{.hl}

  $$
  \text{Cov}(\text{altura}, \text{peso}) = 
  \frac{
  \sum\; [(\text{altura}_i - E(\text{altura})) \cdot (\text{peso}_i - E(\text{peso}))]
  }{n}
  $$

* Ou, de forma mais compacta,

  $$
  \text{Cov}(\text{altura}, \text{peso}) = 
  E[(\text{altura} - E(\text{altura})) \cdot (\text{peso} - E(\text{peso}))]
  $$

* [O R usa $n - 1$ no denominador,]{.hl} em vez de $n$. Isto significa que o R calcula a [covariância amostral]{.hl}, que serve como um estimador da covariância populacional.

* Calculando:

    ```{r}
    peso_altura %>% 
      mutate(produto = altura_desvio * peso_desvio) %>% 
      summarize(cov = sum(produto)/(nrow(.) - 1)) %>% 
      pull(cov)
    ```


## Em R

```{r}
cov(peso_altura$altura, peso_altura$peso)
```

## Exercícios

* Qual é a unidade da covariância? Examine as fórmulas acima para responder.

* []{#excov} Execute o bloco abaixo com diversos valores de `k`, inclusive valores negativos.

    ```{r}
    k <- 10
    
    X <- 1:5
    Y <- k * X
    
    tibble(X, Y) %>% 
      ggplot(aes(X, Y)) +
        geom_point(size = 2) +
        labs(
          title = paste('cov(X, Y) =', cov(X, Y))
        )
    ```

* Qual a covariância máxima entre duas variáveis? E a mínima?

* Usando as propriedades do valor esperado, mostre que, para quaisquer variáveis aleatórias $X$ e $Y$

  $$
  \text{Cov}(X,Y) \quad=\quad E\big[(X - E(X)) \cdot (Y - E(Y))\big] \quad=\quad E(XY) - E(X)E(Y)
  $$

* Lembre-se de que a variância de uma variável aleatória $X$ pode ser escrita como

  $$
  \text{Var}(X) = E(X^2) - [E(X)]^2
  $$

  Alguma semelhança entre esta expressão e a expressão do item anterior?
  
* Qual a covariância de uma variável aleatória $X$ com ela mesma?

* O R usa $n - 1$ no denominador da covariância. Mostre que definir a covariância como 
  $$
  \text{Cov}(X, Y) = \frac{1}{n - 1} \cdot \sum_{i = 1}^n \big[(x_i - E(X)) \cdot (y_i - E(Y)) \big]
  $$

  é equivalente a
  
  $$
  \text{Cov}(X, Y) = \frac{n}{n-1} \cdot \big[ E(XY) - E(X)E(Y) \big]
  $$


* Usando o *data frame* `peso_altura`, compute o valor da expressão acima e compare com o resultado de `cov(peso_altura$altura, peso_altura$peso)`.


# Coeficiente de correlação linear

* Vamos padronizar as alturas e pesos (subtrair a média e dividir pelo desvio padrão):

    ```{r}
    peso_altura <- peso_altura %>% 
      mutate(
        altura_padronizada = scale(altura),
        peso_padronizado = scale(peso)
      )
    ```

* E construir o *scatterplot*:

    ```{r}
    peso_altura %>% 
      ggplot(aes(altura_padronizada, peso_padronizado)) +
        geom_point(
          data = . %>% filter(altura_padronizada * peso_padronizado >= 0),
          color = 'blue'
        ) +
        geom_point(
          data = . %>% filter(altura_padronizada * peso_padronizado < 0),
          color = 'red'
        ) +
        geom_hline(aes(yintercept = 0), linetype = 'dashed') +
        geom_vline(aes(xintercept = 0), linetype = 'dashed') +
        labs(
          x = 'altura padronizada',
          y = 'peso\npadronizado'
        )
    ```

* Ou seja, agora as variáveis são

  $$
  Z_A = \frac{\text{altura} - E(\text{altura})}{DP(\text{altura})}
  $$

  e
  
  $$
  Z_P = \frac{\text{peso} - E(\text{peso})}{DP(\text{peso})}
  $$

* A covariância entre elas é

    ```{r}
    cov(peso_altura$peso_padronizado, peso_altura$altura_padronizada)
    ```

* Quando padronizamos as duas variáveis, a covariância entre elas se chama [correlação]{.hl}.

* O [coeficiente de correlação amostral]{.hl} é este valor.

  $$
  r = \frac{\sum x_i y_i}{n - 1}
  $$

  onde [$X$ e $Y$ são variáveis padronizadas]{.hl}.
  
* Alguns livros chamam o coeficiente de correlação de $\rho$ em vez de $r$.

* O coeficiente de correlação [sempre está entre $-1$ e $1$]{.hl}, inclusive.

* Fórmulas alternativas para o coeficiente de correlação entre $X$ e $Y$ (não necessariamente padronizadas):

  $$
  r = \frac{\text{Cov}(X, Y)}{DP_X \cdot DP_Y}
  $$
  
  e

  $$
  r = \frac{
    \sum(x_i - E(X))\cdot(y_i - E(Y))
  }{
    \sqrt{\sum(x_i - E(X))^2\cdot(y_i - E(Y))^2}
  }
  $$


## Em R

```{r}
cor(peso_altura$peso, peso_altura$altura)
```

## Exercícios

* Qual a unidade do coeficiente de correlação?

* Execute o bloco abaixo com diversos valores de `k`, inclusive valores negativos.

    ```{r}
    k <- 10
    
    X <- 1:5
    Y <- k * X
    
    tibble(X, Y) %>% 
      ggplot(aes(X, Y)) +
        geom_point(size = 2) +
        labs(
          title = paste('cor(X, Y) =', cor(X, Y))
        )
    ```

* Como você explica os valores de $\text{cor}(X,Y)$ no item anterior, em comparação com os valores de $\text{cov}(X,Y)$ [nesse outro exercício](#excov)?

* Qual a correlação de uma variável aleatória $X$ com ela mesma?

* Usando o *data frame* `peso_altura`, compute o valor do coeficiente de correlação entre peso e altura usando as fórmulas alternativas.


## Observações importantes

### A correlação é *linear* {-}

![](images/Pearson_Correlation_Coefficient_and_associated_scatterplots.png){ style="width: 90%;" .center }

:::{style="text-align: right;"}
(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pearson_Correlation_Coefficient_and_associated_scatterplots.png)
:::

* Se $r > 0$, valores [altos]{.hl} de uma variável tendem a corresponder a valores [altos]{.hl} da outra variável.

* Se $r < 0$, valores [altos]{.hl} de uma variável tendem a corresponder a valores [baixos]{.hl} da outra variável.

* Se $r = 0$, não há correlação [linear]{.hl} entre as variáveis.

* O coeficiente de correlação $r$ só mede a correlação [linear]{.hl} entre duas variáveis.

  ![](images/Correlation_examples2.svg){ style="width: 90%;" .center }

:::{style="text-align: right;"}
(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Correlation_examples2.svg)
:::

* [Exemplos de Anscombe](https://pt.wikipedia.org/wiki/Quarteto_de_Anscombe), com $4$ conjuntos de dados com [o mesmo valor de $r$]{.hl} mas com associações [muito diferentes]{.hl} entre as variáveis:

  ```{r}
  anscombe
  ```

    ```{r message=FALSE, cache=TRUE}
    desenhar <- function(n) {
      
      nomex <- paste0('x', n)
      nomey <- paste0('y', n)
      r <- cor(anscombe[[nomex]], anscombe[[nomey]]) %>% round(2)
      
      anscombe %>% 
        ggplot(aes(.data[[nomex]], .data[[nomey]])) +
          geom_point() +
          geom_smooth(method = 'lm', se = FALSE) +
          labs(
            title = paste('r =', r)
          )
      
    }
      
      
    plots <- map(1:4, desenhar)
    plots[[1]] + plots[[2]] + plots[[3]] + plots[[4]] 
    ```

* Conclusões:

  * O valor de $r$ só reflete correlação [linear]{.hl}.
  
  * A presença de [*outliers*]{.hl} produz valores não-confiáveis de $r$.
  
  
### Correlação $\neq$ causação {-}

* Dados coletados em Oldenburg, na Alemanha, nos anos $1930$, mostrando a correlação entre a quantidade de cegonhas e a população (de pessoas) na cidade:

    ```{r message=FALSE, cache=TRUE}
    df <- read_csv('data/Storks.csv') %>% 
      transmute(
        cegonhas = Storks,
        pessoas = Population
      ) 
    
    r <- cor(df$cegonhas, df$pessoas) %>% round(2)
    
    df %>% 
      ggplot(aes(cegonhas, pessoas)) +
        geom_point() +
        labs(
          title = paste('r =', r)
        )
    
    ```

* Variável oculta: quantidade de casas com chaminé.

* Ou coincidência: http://tylervigen.com/spurious-correlations


# Teste e intervalo de confiança para a correlação

## Exemplo: PIB e CO$_2$

* Em uma amostra de $10$ países, examinamos o PIB (em trilhões de dólares) e a quantidade de emissões de CO$_2$ (em milhões de toneladas):

  ```{r echo=FALSE}
  df <- tibble(
    PIB = c(1.7, 1.2, 2.5, 2.8, 3.6, 2.2, 0.8, 1.5, 2.4, 5.9),
    emissões = c(
      552.6, 462.3, 475.4, 374.3, 748.5, 400.9, 253.0, 318.6, 496.8, 1180.6
    )
  )
  
  df
  ```

* Gráfico:

    ```{r}
    df %>% 
      ggplot(aes(PIB, emissões)) +
        geom_point() +
        scale_y_continuous(
          'emissões\n(milhões de\ntoneladas)',
          breaks = seq(0, 1200, 200),
          limits = c(0, 1200)
        ) +
        scale_x_continuous(
          'PIB (trilhões US$)',
          breaks = 0:6,
          limits = c(0, 6)
        )
    ```

* O coeficiente de correlação [amostral]{.hl} é

    ```{r}
    cor(df$PIB, df$emissões)
    ```

* Como esta é uma amostra, devemos calcular um intervalo de confiança para o coeficiente de correlação [populacional]{.hl}.

* O R faz isto com a função `cor.test`:

    ```{r}
    ct <- cor.test(df$PIB, df$emissões)
    ct
    ```

* Conclusão: com $95\%$ de confiança, estimamos que o coeficiente de correlação [populacional]{.hl} é capturado pelo intervalo

  $$
  [\quad `r ct$conf.int[1]` \quad ;\quad  `r ct$conf.int[2]` \quad]
  $$

## Exercícios

* Qual é o tipo de teste usado por `cor.test`?

* Quais são as hipóteses do teste?

* Como é calculado o valor da estatística do teste ($`r ct$statistic %>% round(4)`$ no exemplo acima)?

* Como é calculado o valor $p$ ($`r ct$p.value %>% round(7)`$ no exemplo acima)?

* Implemente uma função em R para fazer o mesmo que `cor.test`.


# Transformações

## Exemplo: fotografia

* Ao configurar uma câmera para tirar uma foto, você deve ajustar a velocidade do obturador e a abertura do diafragma.

* O fabricante de uma câmera recomenda os seguintes valores:

  ```{r echo=FALSE}
  df <- tibble(
    velocidade = c(
      1 / 1000,
      1 / 500,
      1 / 250,
      1 / 125,
      1 / 60,
      1 / 30,
      1 / 15,
      1 / 8
    ),
    abertura = c(2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32)
  )
  
  df
  ```

* Coeficiente de correlação:

    ```{r}
    cor(df$velocidade, df$abertura)
    ```

* Gráfico:

    ```{r}
    df %>% 
      ggplot(aes(velocidade, abertura)) +
        geom_point()
    ```

* Vamos transformar os valores de uma das variáveis para tornar a correlação mais linear (menos curva):

    ```{r}
    df <- df %>% 
      mutate(quad_abertura = abertura^2)
    ```
    
    ```{r}
    df %>% 
      ggplot(aes(velocidade, quad_abertura)) +
        geom_point() +
        labs(y = 'abertura²')
    ```

* A correlação se torna

    ```{r}
    cor(df$velocidade, df$quad_abertura)
    ```

## Funções usadas em transformações

* $f(x) = x^2$: útil quando os valores originais têm cauda longa à esquerda, ou quando os valores originais têm concavidade para baixo.

* $f(x) = \sqrt{x}$: útil para valores que representam contagens.

* $f(x) = \log x$: útil para valores positivos, que crescem de acordo com percentagens, como salários, populações etc. Como $\log 0$ não é definido, você pode precisar acrescentar uma constante $\varepsilon$ aos valores antes da transformação.

* $f(x) = -\frac1{\sqrt{x}}$: o sinal negativo mantém a ordenação dos valores.

* $f(x) = -\frac1x$: útil para razões, como km/h. O sinal negativo mantém a ordenação dos valores. Como $y/0$ não é definido, você pode precisar acrescentar uma constante $\varepsilon$ aos valores antes da transformação.


## Exercício

* Aplique as outras transformações da lista acima aos valores da variável `abertura`. Desenhe gráficos, calcule correlações, e compare os resultados.


## Exemplo: planetas

* A distância média de um planeta ao Sol, em milhões de km, está correlacionada com a posição do planeta na sequência, mas como?

  ```{r echo=FALSE}
  planetas <- tribble(
    ~nome, ~posição, ~distância,
    'Mercúrio', 1, 36,
    'Vênus', 2, 67,
    'Terra', 3, 93,
    'Marte', 4, 142,
    'Júpiter', 5, 484,
    'Saturno', 6, 887,
    'Urano', 7, 1784,
    'Netuno', 8, 2796,
    'Plutão', 9, 3666
  ) %>% 
    mutate(
      distância = distância * 1.6
    )
  
  planetas
  ```

* Coeficiente de correlação:

    ```{r}
    cor(planetas$posição, planetas$distância)
    ```

* Gráfico:

    ```{r}
    planetas %>% 
      ggplot(aes(posição, distância)) +
        geom_point() +
        scale_x_continuous(breaks = 1:9) +
        labs(
          y = 'distância\n(milhões km)'
        )
    ```

* Vamos transformar os valores das distâncias:

    ```{r}
    planetas <- planetas %>% 
      mutate(ldist = log10(distância))
    ```
    
    ```{r}
    planetas %>% 
      ggplot(aes(posição, ldist)) +
        geom_point() +
        scale_x_continuous(breaks = 1:9) +
        labs(
          y = 'log distância\n(milhões km)'
        )
    ```

* A correlação se torna

    ```{r}
    cor(planetas$posição, planetas$ldist)
    ```


## Exercício

* Aplique as outras transformações da lista acima aos valores da variável `distância`. Desenhe gráficos, calcule correlações, e compare os resultados.




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